CRISPR stärker geworden ist, Dank der «Schalter»

Mit all seinen beeindruckenden Funktionen zum Bearbeiten von Genen, mechanische CRISPR erinnert Elektrowerkzeuge mit Schalter zertrümmert. Nur denken Sie daran: der gesamte Mechanismus CRISPR baut in vitro und nach Abschluss er ist immer aktiv, aktiviert, funktioniert. Nach der Verabreichung an das Tier oder den Menschen, CRISPR wandert über den ganzen Körper auf der Suche nach Ziel-Gens, das muss editieren oder zu zerstören, bis seine Gültigkeit verliert und nicht verdaulich durch den Körper.

Die Schwächung der Kontrolle der molekularen Elektrowerkzeuge, offensichtlich nicht die ideale Lösung: er kann übertreiben und brechen nicht-Ziel-Gene. Und wenn etwas schief geht, gibt es keine unmittelbaren Möglichkeiten, Mechanismus ausschalten, bevor er Schäden verursachen.

Anfang dieses Monats das Team von der University of California in Berkeley versuchte, das Tier zu zähmen CRISPR. Mit der Technik der kreisförmige permutation, Team реорганизовала CRISPR in die programmierbare Werkzeug ProCas9, das still versteckt sich in den Zellen, bis Sie ihn nicht wecken externe Faktoren — Z. B. eine Virusinfektion.

Diese «zusätzliche Sicherheit» schränkt die Fähigkeiten Bearbeiten CRISPR eine Teilmenge der Zellen «für präzises schneiden», sagt der Autor der Studie Dr. David Savage.

Darüber hinaus ProCas9 kann möglicherweise in Reaktion auf die logischen Eingaben wie «und» oder «Nein», was bedeutet, dass er aktiviert wird, nur unter Beachtung einer bestimmten Gruppe von Anweisungen, Z. B. «diese Zelle Krebsgeschwür» oder «diese Zelle infiziert mit» führt zur Antwort «Spenden Zelle», die aktiviert, CRISPR und geben ihm einen Hinweis auf den Schnitt der Gene, die für das überleben. Die Studie wurde in der renommierten Fachzeitschrift Cell.

die Kontrolle über CRISPR

Lassen Sie uns etwas aufleuchten sehen im Speicher: CRISPR, wie Gene editing-Tool, tatsächlich ist das molekulare Duett. Der erste Teil, der die RNA, es ist eine winzige blutige Hounds, die auf der Suche nach Ziel-gen.

Sobald das gen eingefangen, die zweite Komponente — Cas9 — kann für die Ausführung der schneiden. Im Gegensatz zu den Führungen RNA, die aus genetischen Buchstaben, ist Cas9 Protein. Es diese Komponente entschieden haben, spielen die Wissenschaftler aus Berkeley.

«ein Breites Ziel unserer Arbeit ist es zu zähmen und für den Einsatz von Menschen und entfernen Sie unnötige Dinge, die nicht im Zusammenhang mit der Bearbeitung des Genoms», sagt Savage.

Was kann man tun mit dem Eiweiß? Stellen Sie sich eine sehr lange Kette von nummerierten Kugeln (Aminosäuren), doodled in eine komplexe dreidimensionale Struktur. Schneiden Sie die Kette und in der Lage, zu reorganisieren Perlen, so dass Ihre Position auf dem Filament Verschieden von der ursprünglichen, und man Sie in einem Knoten oder zwei bei der erneuten Verbindung der Protein-Fäden.

Es ist in der Tat, machte das Team. Dieser Trick heißt «Circular permutation» und wandelt das ursprüngliche Protein, so dass es erscheint ein neuer Anfang und ein Ende — und es faltet sich in eine andere Form. Es ist eine große Operation auf molekularer Ebene, die in der Regel die Funktion des proteins zerstört.

Die Autoren sagen, dass Sie nicht sicher waren, dass das funktioniert mit etwas so komplexen, wie Cas9.

Erstaunlich, aber Cas9 war fast Test. Das Team versucht, schneiden Sie es in der Menge der Punkte, bevor eine Cuts, die behielten die Funktion des proteins, aber in 10% der Fälle пересобранный Cas9 arbeitete fast so wie das Original.

Hier gibt es ein kluger Punkt: bei der erneuten Verbindung Protein-Filamente Team rutschte in die molekularen «Tor» — ein kleines Linker — blockiert die Schnittleistung Cas9 dann, wenn sich ein Linker war nicht gebrochen.

Was разбивало Kette? Eine Reihe von Enzymen, den sogenannten Proteasen.

Протеазочувствительный Linker

Stellen Sie sich vor Proteasen wie winzige Scheren für Eichhörnchen, die schwimmen in den Körper. Ihre ganze Familie: die guten helfen uns zu verdauen Steaks und Bohnen. Aber es gibt auch schlechte. Krebszellen, zum Beispiel, Lenzen Ihre eigenen «bösen» Protease, die brechen das umliegende Gewebe, fördert deren Wachstum. auch sekretieren können virale Protease, was oft für Ihr eindringen in den mehrfachen Zellen und Gewebe. Zeke und Dengue-Fieber sind einige von denen, die Protease verwendet als Waffen, die Proteasen von Pflanzen infizierende Viren helfen verunreinigen Kartoffeln und anderen Kulturen.

Proteasen Aber nicht nach Belieben schneiden. Wahrscheinlich, jeder von Ihnen ist nur für eine kleine Anzahl von Aminosäure-Sequenz — «Postleitzahlen», die es erkennt und schneidet.

Das bedeutet, dass der Befehl fügt eine bestimmte Postleitzahl für eine bestimmte proteaze — beispielsweise von Krebszellen — in реорганизованный Protein Cas9 als verknüpfungsprogramms. Also Linker wird der Schnitt nur in den Zellen, die diese spezifische Protease und damit aufgenommen werden und wird nur in diesen Zellen. In Abhängigkeit von der RNA-Team entwerfen kann aktiviert CRISPR, zum schneiden der Gene, die für das überleben — und damit die Krebszelle zu töten.

In diesem Sinne neue Proteine Cas9, die so genannte ProCas9 («pro» wegen «Protease»), verwandeln sich in winzige Spionage-Maschine, die tödlich gefährlich werden nach der Aktivierung.

Killer-Altruist

Um zu testen das Konzept, infizierten die Wissenschaftler stellten Zeke seinem neuen Zellen ProCas9 mit Führungsschienen RNA, ausgebildete für die Suche nach Genen, die die Leben der Zellen.

In Nur einer Woche ein neues System CRISPR zerstört die infizierten Zellen als «altruistischen Schutz». Gesunde Zellen blieben am Leben und unangetastet.

Es zeigte sich, dass das System blieb ruhig inFriedenszeiten, also die Begrenzung genomischer Schäden dem Eigentümer, sagt die Autoren.

In den einzelnen Experimenten System ProCas9 funktionierte so gut, opfern West-NiL-Virus infizierten Zellen.

«Obwohl es eine sehr frühe Bestätigung des Konzepts, es zeigt die Idee, dass es vielleicht ein synthetisches Immunsystem», sagt Studienautor Benjamin Oaks. «Wir haben ein Protein, обнаруживающий eine latente Bedrohung, die Programmieren können was Sie wollen».

Ein Neues System CRISPR kaum Schaden unserem Immunsystem. Ein weiterer Vorteil der Perestroika Protein ist, dass es die neuen enden besser Lasten tragen, wie andere DNA-modifizierende Enzyme oder Indikatoren, die im Dunkeln Leuchten.

Ob Cas9 bekam eine neue Superkräfte, die uns erlaubt, zu verfolgen, wo in der Zelle liegt das Protein, oder ändern Sie die Expression bestimmter Gene — anstatt direkt verderben unser genetisches Material.

Ein Team aus Berkeley hat bereits mehrere Anwendungsfälle. ProCas9 wird nützlich für molekulare Screening oder die Entdeckung von Medikamenten. Oder er kann die Beschneidung beschränken DNA der bestimmten Zellen «nach der gemeinsamen Bearbeitung Lieferung des Komplexes in das Zielsystem ein Gewebe oder ein Organ», die erheblich verbessern wird das Sicherheitsprofil des Instruments, vor allem in den klinischen Bedingungen.

Aber das interessante daran ist, dass wir nicht gebunden an die CRISPR-Mechanismus, die uns verlieh die Natur. Diese Proteine können sorgfältig optimieren und Pflanzen in Frames, nicht in der Natur vorkommende, aber mit dem nötigen Eigenschaften für die Verwendung in menschlichen Zellen, der Forschung oder der Behandlung, sagt Savage.

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